用于在量子计算系统中的处理器之间进行通信的光子

缠绕的光子对由沿波导放置的Qubits生成并传播。

新技术提供了一种处理器之间的互连手段，开启了完整量子计算平台的方式。

使用连接到微波传输线的超导量子位的MIT研究人员已经示出了QUBITS如何在量子处理器之间的通信所需的光子或光粒子上。

前进是实现允许模块化量子计算系统的互连互联的互连的重要步骤，该互连率比经典计算机更快地执行速率。

“模块化量子计算是通过在多个处理节点上分享工作负载来达到量子计算的一种技术，”Bharath Kannan说，MIT毕业生和第一个关于这一主题的第一个作者在2020年10月7日出版的科学推进。然而，“这些节点通常不共同定位，因此我们需要能够在远处位置之间传送量子信息。”

在古典计算机中，电线用于通过处理期间通过处理器来回通知信息。在量子计算机中，信息本身是量子的机械和脆弱，需要新的策略来同时处理和传达信息。

“今天的超导Qubits是一种领先的技术，但它们通常只支持局部交互（最近邻居或非常接近的Qubits）。问题是如何连接到遥远地点的Qubits，“Mit Lincoln Langoratory of Coursure Engineering Center董事MIT LINCOLN LABARTOVIOR COMPOLES COMPOLES COMPOLES COMPOLES COMPORCE教授，威廉·奥利维斯表示电子产品。“我们需要量子互连，理想地基于微波波导，可以将量子信息从一个位置指导到另一个位置。”

该通信可以通过微波传输线或波导发生，因为存储在QUBITS中的激励产生光子对，它们被发射到波导中，然后行进到两个远程处理节点。据说相同的光子是“缠结”，作为一个系统。当他们前往遥远的处理节点时，它们可以在整个量子网络中分发该纠缠。

“我们使用Qubits的需求产生纠缠的光子，然后以非常高的效率，基本上统一地将纠缠状态释放到波导，”奥利弗说。

康安说，科学推进纸张的研究提出了一种相对简单的技术。

“我们的工作介绍了一种新的架构，用于生成空间上以非常简单的方式缠绕的光子的新架构，仅使用波导和一些充当光子发射器的Qubits，”kannan说。然后，可以将光子之间的缠结转移到处理器中以用于量子通信或互连协议。“

虽然研究人员表示尚未实施这些通信协议，但他们正在进行的研究旨在朝着那种方向。

“我们还没有在这项工作中履行处理器之间的沟通，而是展示我们如何生成有助于量子通信和互连的光子，”肯纳说。

以前的工作由Kannan，Oliver和同事推出了一种使用超导Qubits的波导量子电动力学架构，这些Qubits基本上是一种人工巨大原子。该研究表明，这种架构如何在处理器之间执行低误差量子计算并共享量子信息。这是通过调整Qubits的频率来调整Qubit-波导交互强度的频率来实现的，因此可以保护脆弱的Qubits免受波导诱导的角色的影响，以执行高保真Qubit操作，然后重新调整Qubit频率，使得Qubits能够以光子的形式释放它们的量子信息进入波导。

本文介绍了波导量子电动力架构的光子生成能力，表明Qubits可以用作波导的量子发射器。研究人员证明，发射到波导中的光子之间的量子干涉产生缠绕的，其沿相反方向行进的缠结的光子，并且可以用于量子处理器之间的长距离通信。

在光学系统中产生空间缠结的光子通常使用自发参数下转换和光电探测器来完成，但是所产生的纠缠在这种方式通常是随机的，因此在分布式系统中实现量子信息的按需通信不太有用。

“模块化是任何可扩展系统的关键概念，”奥利弗说。“我们这里的目标是展示在未来量子处理器中应该有用的量子互连元素。”

参考：“通过B.Kannan，DL Campbell，F. Vascomcelos，R.Wascikos，DK Kim，M.Kjaergaard，P.Krantz，A. Melville，BM Niedzielski，BM Niedzielski，JL Yoder，TP奥兰多，奥兰多，奥兰多， ，S. Gustavsson和WD Oliver，2020年10月7日，科学推进.DOI：
10.1126 / sciadv.abb8780